CN103112225A

CN103112225A - 水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料

Info

Publication number: CN103112225A
Application number: CN2013100444239A
Authority: CN
Inventors: 张瑞珠; 李静瑞; 郭朋彦; 严镇威; 赵元元; 卢伟
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明公开了一种水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，具体步骤如下：第一步，对基材进行喷砂处理；第二步，喷刷底漆；第三步，待底漆完全固化后，在其上喷涂纳米改性聚脲涂层；第四步，去除聚丙烯胶带的表面保护膜，将其带胶面粘覆于固化后的纳米改性聚脲涂层上；第五步，在聚丙烯胶带上再次喷涂纳米改性聚脲涂层，然后重复第四步，依次制得不同厚度的纳米改性聚脲复合涂层，且最表层应为纳米改性聚脲涂层。本发明制得的纳米改性聚脲复合涂层，层间结合力高，施工性能好，且其耐蚀性较好，有较高的防护能力，可用于多泥沙河流过流部件的表面防护领域，尤其适用于水轮机对活动导叶有高耐磨蚀性能要求的领域。

Description

水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料

技术领域

本发明属于水轮机过流部件耐磨蚀领域，具体涉及一种水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料。

背景技术

据统计，目前投入运行的100多座大中型水电站中，有严重泥沙磨损的约占40%，而黄河干支流上的这一数值甚至高达66.3%。每年因水利过流部件磨损破坏而停运或检修造成的经济损失达千万元，如今，水利过流部件的磨蚀问题严重制约了水电工程的建设，如何解决这一问题具有重大的社会意义。

磨蚀是水轮机活动导叶的主要破坏形式。在空蚀、汽蚀和腐蚀的联合作用下，活动导叶表面容易产生针孔、麻点和蜂窝孔洞，甚至形成很深的划痕和沟槽，严重影响水轮机的正常运行，如果不及时检修，可能带来安全隐患，危及整个机组的安全。

由于水轮机过流部件常常是局部部位发生磨损，而其他部位磨损现象并不明显，同时磨损又是由表面发生的，因此仅仅对其易磨损部位进行表面修复或者局部强化，可显著提高过流部件的表面性能，延长其使用寿命，且这种方法既经济又适用。

聚脲弹性体技术是近几十年来为适应环保需求而研制开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术。聚脲弹性体具有优异的综合力学性能、较高的防冲耐磨能力、良好的不透水性、低温柔性好、固化速度快，施工效率高、对环境不敏感等等优良特性。

随着纳米材料和纳米技术的飞速发展，研究发现：在传统材料中添加纳米粉体可显著提高涂层的硬度、抗冲击性以及耐磨蚀性能。在聚脲弹性体的制备试样B组分中加入一定量的纳米粉体，纳米粉体使涂层的微观结构更加致密，减少了微裂纹和微孔的产生，增加了高分子链移动的阻力，提高了涂层的硬度，同时纳米粉体的加入使涂层的耐磨蚀性能得到显著提高。此外，聚丙烯非带胶面具有较高的粗糙度，在纳米改性聚脲的喷涂过程中两者的结合力很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，是新型的纳米改性聚脲复合涂层表面修复或强化技术，这种复合涂层具有良好的结合强度和优异的综合机械性能。

本发明采用以下技术方案：

一种水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，具体步骤如下：

第一步，对基材进行喷砂处理；

第二步，喷刷底漆；第一层底漆采用防腐蚀的环氧型粘接剂NR9600，将NR9600的A、B两组分按重量比1:1混合均匀后，涂抹在基材上，待其完全固化后再刷涂第二层底漆NR9500，将NR9500的A、B组分按重量比3:1混合均匀后涂抹在NR9600上；

第三步，待底漆完全固化后，在其上喷涂纳米改性聚脲涂层；

第四步，去除聚丙烯胶带的表面保护膜，将其带胶面粘覆于固化后的纳米改性聚脲涂层上；粘覆过程中应将胶片一端先与纳米改性聚脲涂层相接触，然后快速使接触点向另一端移动，并且粘覆过程中应注意将聚丙烯胶片与聚脲涂层之间的空气排出；

第五步，在聚丙烯胶带上再次喷涂纳米改性聚脲涂层；

第六步，重复第四步、第五步，依次制得不同厚度的纳米改性聚脲复合涂层，且最表层应为纳米改性聚脲涂层。

作为优选，所述纳米改性聚脲涂层是将A组分和混合有纳米粉体的B组分进行混合制得，其中A组分是以碳化二亚胺改性二苯甲烷-4，4'-二异氰酸酯和聚醚三元醇按质量比为3:2混合制得，B组分是以占B组分质量比为38%~56%的4，4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]、5%~22%的端氨基聚醚D-400、16%~35%的端氨基聚醚D-2000和0~11%的端氨基聚醚T-5000为原料，加入占改性聚脲复合涂层整体质量分数为0.3%~8%的纳米粉体混合制得。

作为优选，所述纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二锑、纳米氢氧化铝或纳米氧化锌中的一种或者多种，其纯度＞99.9%，粒径在5~100 nm 。

作为优选，所述纳米改性聚脲涂层的喷涂方法为：将体积比为1:1的A组分和B组分分别加入喷涂设备中充分混合，加热至60~75℃，并控制A组分和B组分的压力在11.7~17.2 MPa之间，且使两者动态压力差小于10%时进行喷涂制得纳米聚脲复合涂层。

作为优选，所述第一步喷砂处理后，表面除锈不小于Sa2.5级，表面粗糙度至少为65μm。

作为优选，还包括第六步，将制好的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层在室温22 ℃，相对湿度55%的环境下养护15 d。

作为优选，所述第五步中，在基体上制得的纳米改性聚脲复合涂层的厚度在2 mm内。

本发明的有益效果为：

与现有的用于水轮机过流部件上的硬面强化涂层技术相比，有以下几方面的提高：（1）防腐底漆NR9600和NR9500既具有防腐性能，同时具有很强的粘接性，可显著提高纳米改性聚脲涂层与基体的结合强度；（2）喷涂聚脲弹性体技术对水分和湿气不敏感，施工性能高，且使用成套喷涂设备，施工方便，效率高；（3）纳米粉体粒径小、比表面积大，将其添加到传统材料中可显著提高涂层的硬度、抗冲击性和耐磨蚀性；（4）聚丙烯胶带与纳米改性聚脲涂层结合强度高，制得的复合涂层的撕裂强度可高达100 KN/m，且其耐磨蚀性非常好，其抗冲磨能力较基体提高了3~5倍；（5）本发明制得的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层材料是采用专业喷涂设备，在基材上依次设有：纳米改性聚脲涂层和聚丙烯胶片交替进行，最表层是纳米改性聚脲涂层；纳米改性聚脲复合涂层层间结合力高，施工性能好，且其耐蚀性较好，有较高的防护能力，可用于多泥沙河流过流部件的表面防护领域，尤其适用于水轮机对活动导叶有高耐磨蚀性能要求的领域。

具体实施方式：

以下用实施例对本发明作进一步的详细说明：

实施例1：

第一步：采用40号刚玉砂对水轮机基材0Cr13Ni5Mo进行喷砂处理，使表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度达70μm；

第二步：将NR9600的A、B两组分按重量比1:1现场混合均匀后，涂抹在基材上，待其完全固化后再刷涂第二层防腐底漆NR9500，将NR9500的A、B组分按重量比3:1现场混合均匀后涂抹在NR9600上；

第三步：将质量比为3:2的碳化二亚胺改性二苯甲烷-4，4'-二异氰酸酯和聚醚三元醇混合制备出A组分，以占B组分质量比为46%的4，4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]、17%的端氨基聚醚D-400、28%的端氨基聚醚D-2000和9%的端氨基聚醚T-5000为原料，加入占改性聚脲复合涂层整体质量分数为6%的纳米SiO₂粉体混合制得适量含纳米粉体的B组分，其中纳米SiO₂粉体的纯度＞99.9%，粒径控制在50 nm左右；

第四步：将A、B组分按体积比1:1混合通过专业喷涂设备，加热至65℃，控制A组分和B组分的压力在14.7 MPa，且使两者动态压力差小于1.47 MPa时进行喷涂制得纳米聚脲复合涂层；

第五步：去除聚丙烯胶带的表面保护膜，将其带胶面粘覆于固化后的纳米聚脲涂层上，粘覆过程中应将胶片一端先与纳米改性聚脲涂层相接触，然后快速使接触点向另一端移动，并且粘覆过程中应注意将聚丙烯胶片与聚脲涂层之间的空气排出，而后在聚丙烯胶带上再次喷涂纳米改性聚脲涂层；

第六步：最后将制好的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层在室温22℃，相对湿度55%的环境下养护15 d。在水轮机活动导叶基体上制得的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层的厚度为1.5 mm，复合涂层的撕裂强度高达100 KN/m，且水轮机的抗冲击能力较基体提高了4倍多。

实施例2：

第一步：采用40号刚玉砂对水轮机基材0Cr13Ni4Mo进行喷砂处理，使表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度达75μm；

第二步：喷刷底漆：第一层底漆采用防腐蚀的环氧型粘接剂NR9600，将NR9600的A、B两组分按重量比1:1混合均匀后，涂抹在基材上，待其完全固化后再刷涂第二层底漆NR9500，将NR9500的A、B组分按重量比3:1混合均匀后涂抹在NR9600上；

第三步：将质量比为3:2的碳化二亚胺改性二苯甲烷-4，4'-二异氰酸酯和聚醚三元醇混合制备出A组分，以占B组分质量比为的39%的4，4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]、20%的端氨基聚醚D-400、35%的端氨基聚醚D-2000和6%的端氨基聚醚T-5000为原料，加入占改性聚脲复合涂层整体质量分数为3%的纳米SiO₂粉体混合制得适量含纳米粉体的B组分，占改性聚脲复合涂层整体质量分数为3%的纳米二氧化钛粉体混合制得适量含纳米粉体的B组分，其中纳米二氧化钛粉体的纯度＞99.9%，粒径控制在65 nm左右；

第四步：将A、B组分按体积比1:1混合通过专业喷涂设备，加热至75℃，控制A组分和B组分的压力在17 MPa，且使两者动态压力差小于1.7 MPa时进行喷涂制得纳米聚脲复合涂层；

第五步：去除聚丙烯胶带的表面保护膜，将其带胶面粘覆于固化后的纳米改性聚脲涂层上，粘覆过程中应将胶片一端先与聚脲涂层相接触，然后快速使接触点向另一端移动，并且粘覆过程中应注意将聚丙烯胶片与聚脲涂层之间的空气排出，而后在聚丙烯胶带上再次喷涂纳米改性聚脲涂层，依次交替进行制备三层复合聚丙烯纳米改性聚脲涂层；最后制得的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层厚度为2 mm。

第六步：最后将制好的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层在室温22 ℃，相对湿度55%的环境下养护15 d，之后再投入使用，原汛期运行2个月后就会出现严重磨损的水轮机经纳米改性聚脲复合涂层强化后，其寿命提高了3~4倍。

实施例3：

第三步：将质量比为3:2的碳化二亚胺改性二苯甲烷-4，4'-二异氰酸酯和聚醚三元醇混合制备出A组分，以占B组分质量比为的49%的4，4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]、20%的端氨基聚醚D-400和31%的端氨基聚醚D-2000为原料，加入占改性聚脲复合涂层整体质量分数为3%的纳米纳米二氧化钛和3%的纳米三氧化二锑粉体混合制得适量含纳米粉体的B组分，其中纳米二氧化钛、纳米三氧化二锑粉体的纯度＞99.9%，粒径控制在50 nm左右；

第四步：将A、B组分按体积比1:1混合通过专业喷涂设备，加热至60℃，控制A组分和B组分的压力在11.7MPa，且使两者动态压力差小于1.17 MPa时进行喷涂制得纳米聚脲复合涂层；

第六步：最后将制好的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层在室温22℃，相对湿度55%的环境下养护15 d。在水轮机活动导叶基体上制得的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层的厚度为1mm，复合涂层的撕裂强度高达90 KN/m，且水轮机的抗冲击能力较基体提高了3倍。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，其特征在于：具体步骤如下：

第一步，对基材进行喷砂处理；

第四步，去除聚丙烯胶带的表面保护膜，将其带胶面粘覆于固化后的纳米改性聚脲涂层上；

第五步，在聚丙烯胶带上再次喷涂纳米改性聚脲涂层；

2.根据权利要求1所述的水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，其特征在于：所述纳米改性聚脲涂层是将A组分和混合有纳米粉体的B组分进行混合制得，其中A组分是以碳化二亚胺改性二苯甲烷-4，4'-二异氰酸酯和聚醚三元醇按质量比为3:2混合制得，B组分是以占B组分质量比为38%~56%的4，4-亚甲基双、5%~22%的端氨基聚醚D-400、16%~35%的端氨基聚醚D-2000和0~11%的端氨基聚醚T-5000为原料，加入占改性聚脲复合涂层整体质量分数为0.3%~8%的纳米粉体混合制得含纳米粉体的B组分。

3.根据权利要求2所述的水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，其特征在于：所述纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二锑、纳米氢氧化铝或纳米氧化锌中的一种或者多种，其纯度＞99.9%，粒径在5~100 nm 。

4.根据权利要求2或3所述的水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，其特征在于：所述纳米改性聚脲涂层的喷涂方法为：将体积比为1:1的A组分和B组分分别加入喷涂设备中充分混合，加热至60~75℃，并控制A组分和B组分的压力在11.7~17.2 MPa之间，且使两者动态压力差小于10%时进行喷涂制得纳米聚脲复合涂层。

5.根据权利要求1所述的水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，其特征在于：所述第一步喷砂处理后，表面除锈不小于Sa2.5级，表面粗糙度至少为65μm。

6.根据权利要求1所述的水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，其特征在于：还包括第六步，将制好的高耐磨蚀纳米改性聚脲复合涂层在室温22 ℃，相对湿度55%的环境下养护15 d。

7.根据权利要求1所述的水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料，其特征在于：所述第五步中，在基体上制得的纳米改性聚脲复合涂层的厚度在2 mm内。